CN102868330B - 一种变频器实现飞车启动的方法及其变频器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变频器实现飞车启动的方法，包括以下步骤：设定变频器的上限输出电流Iset；设定变频器的上限调节频率Fset；对变频器的实际输出电流Idtc进行调节，使其不得大于Iset，并计算出与Idtc相对应的频率Frq1；使变频器的输出频率Frq3根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小，直到搜索到电机的转子频率Fr；根据V/F曲线计算得到与Frq1相对应的电压值V1以及与Frq3相对应的电压值V2;选择V1和V2中的较小者作为施加给电机的电压V；根据接收到的电压V与Frq3，得到电机的三相驱动信号，并输出给电机。本发明还提供了一种实现上述方法的变频器。本发明在变频器驱动高速旋转电机的过程中，能防止电机过励磁。

Description

一种变频器实现飞车启动的方法及其变频器

技术领域

本发明涉及一种变频器实现飞车启动的方法及其变频器。

背景技术

一般变频器都是在电机静止的情形下启动电机，但在某些特殊情况下需要启动仍处于高速旋转状态中的电机时，变频器如果按照普通的V/F=常数(或2次方等)方式控制电机，由于电机实际转速未知及受电机反电势的影响，在启动过程中极易出现过流、过压故障，导致生产受影响或变频器损坏。在电机仍处于高速旋转状态时也要求启动电机的应用场合，需要解决飞车启动过程中出现的过流过压问题。

在现有的一种飞车启动方法中，变频器启动时，变频器直接输出目标频率并一直保持输出这个目标频率，但输出的电压不按V/F曲线输出，而是从0V开始在预设的“电压升速时间”内逐渐增加直至最终达到目标电压。在电压上升期间任意时刻送出的电压可表示为:V(N)=V(N-1)+Delta。该方法在启动过程中只改变变频器的电压，在大惯量应用场合时，如果设定时间较短，则在启动过程中容易过载、过流；在大负载应用场合，如果设的时间较长，会导致电机转速降至很低。采用该方法时，“电压升速时间”是一个很敏感的参数，需要根据工况设定合适的值，过大或过小都会导控制效果不好。另外，飞车启动期间其输出的频率恒为目标频率不能变化，如果目标速度小于电机的实际速度，则启动过程中电机处于再生发电状态，会导致变频器过压保护而启动失败。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种变频器实现飞车启动的方法及实现该方法的变频器，其在变频器驱动高速旋转电机的过程中，能防止电机过励磁。

本发明提供了一种变频器实现飞车启动的方法，包括以下步骤：

设定变频器的上限输出电流Iset；

根据电机自由旋转可能达到的最大速度设定变频器的上限调节频率Fset；

对变频器的实际输出电流Idtc进行调节，使其不得大于所述的上限输出电流Iset，并计算出与该实际输出电流Idtc相对应的频率Frq1；

使变频器的输出频率Frq3根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小，直到搜索到电机的转子频率Fr；

在使变频器的输出频率Frq3根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小的过程中，根据V/F曲线计算得到与Frq1相对应的电压值V1以及与Frq3相对应的电压值V2;比较V1和V2，选择V1和V2中的较小者作为施加给电机的电压V；

根据电压V与变频器的输出频率Frq3，得到电机的三相驱动信号Va、Vb、Vc，并输出给电机；

在搜索到电机的转子频率Fr后，使变频器的输出频率Frq3按照预设的针对给定的目标频率Ftrg进行加减速和圆角处理的运行曲线，从转子频率Fr运行到给定的目标频率Ftrg，之后保持Ftrg运行；

在从转子频率Fr运行到给定的目标频率Ftrg、之后保持Ftrg运行的过程中，根据V/F曲线计算与Frq3相对应的电压值V2，作为施加给电机的电压V；

根据电压V与变频器的输出频率Frq3，得到电机的三相驱动信号Va、Vb、Vc，并输出给电机。

本发明还提供了一种用于实现上述方法的变频器，包括上限输出电流设定单元、上限调节频率设定单元、电流调节单元、频率搜索单元、曲线处理单元、电压处理单元和PWM处理单元，其中：

上限输出电流设定单元，用于设定变频器的上限输出电流Iset；

上限调节频率设定单元，用于根据电机自由旋转可能达到的最大速度设定变频器的上限调节频率Fset；

电流调节单元，用于对变频器的实际输出电流Idtc进行调节，使其不得大于所述的上限输出电流Iset，并计算出与该实际输出电流Idtc相对应的频率Frq1；

频率搜索单元，用于使频率搜索单元的输出频率Frq2根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小，直到搜索到电机的转子频率Fr；

曲线处理单元，用于在频率搜索单元搜索到电机的转子频率Fr前，使变频器输出频率Frq3等于所述的频率搜索单元的输出频率Frq2，在频率搜索单元搜索到电机的转子频率Fr后，使变频器的输出频率Frq3按照预设的针对给定的目标频率Ftrg进行加减速和圆角处理的运行曲线，从所述的转子频率Fr运行到给定的目标频率Ftrg，并将变频器的输出频率Frq3发送至所述的电压处理单元和所述的PWM处理单元；

电压处理单元，用于根据V/F曲线计算得到与Frq1相对应的电压值V1以及与Frq3相对应的电压值V2; 在飞车启动阶段，比较V1和V2，选择V1和V2中的较小者作为施加给电机的电压V；在正常运行阶段，选择V2作为施加给电机的电压V；

PWM处理单元，用于根据接收到的电压V与变频器的输出频率Frq3，得到电机的三相驱动信号Va、Vb、Vc，并输出给电机。

本发明的有益效果是：

1、当电机长期处于过励磁状态时，容易导致电机损坏。为了保护电机，在本发明中，根据与变频器的实际输出电流Idtc相对应的频率Frq1和变频器的输出频率Frq3，结合V/F特性曲线计算得到两个相应的电压信号，为了避免电机过励磁，取这两个电压信号中的较小者作为飞车启动过程中实际施加的电压V，从而避免了电机因长期频繁处于过励磁状态而损坏；

2、当电机实际转向和目标速度方向不一致时，通常还需要在另一个方向上再次进行飞车启动过程，为了解决这一问题，在本发明中，在变频器的输出频率减小到某个阈值时（如电机额定频率的10%），若飞车启动过程还未结束，则维持输出频率不变，并维持变频器输出电机驱动信号，拖动电机使电机实际转向和目标速度方向一致。通过该方法，可使得电机实际转向和目标速度方向不一致时，不必在另一个方向上再次进行飞车启动过程。

附图说明

图1是根据本发明一种变频器实现飞车启动的方法的一个实施例的流程图。

图2是根据本发明一个实施例的变频器的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

根据本发明一个实施例的一种变频器实现飞车启动的方法，包括以下步骤：

步骤a，设定变频器的上限输出电流Iset。其中，选择变频器额定电流和电机额定电流中的较小者，并以该较小者的60%~120%作为上限输出电流Iset。

步骤b，根据电机自由旋转可能达到的最大速度设定变频器的上限调节频率Fset。

步骤c，对变频器的实际输出电流Idtc进行调节，使其不得大于所述的上限输出电流Iset，并计算出与该实际输出电流Idtc相对应的频率Frq1。在一种实施方式中，所述的对变频器的实际输出电流Idtc进行调节，是指对Iset和Idtc进行比较，然后将Iset与Idtc的差值进行PID调节。

步骤d，使变频器的输出频率Frq3根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小，直到搜索到电机的转子频率Fr。在飞车启动期间，当Frq3持续小于等于（例如0.2秒以上）Frq1时，Frq3即为搜索到的电机转子频率Fr。在一种实施方式中，该预设的频率变化曲线为具有斜坡波形的频率变化曲线。当电机的旋转方向与目标速度的方向不一致时，使变频器的输出频率Frq3根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小，当Frq3减小到一设定的阈值时，维持变频器的输出频率Frq3不变，并维持变频器电机驱动信号，拖动电机使电机实际转向和目标速度方向一致。由于变频器的输出频率维持不变，经过一段时间后，电机的实际转速会和变频器的输出频率保持一致，此时Frq3会持续小于等于Frq1。

步骤e，在使变频器的输出频率Frq3根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小的过程中，根据V/F曲线计算得到与Frq1相对应的电压值V1以及与Frq3相对应的电压值V2;比较V1和V2，选择V1和V2中的较小者作为施加给电机的电压V。

步骤f，根据电压V与变频器的输出频率Frq3，得到电机的三相驱动信号Va、Vb、Vc，并输出给电机。

步骤g，在搜索到电机的转子频率Fr后，使变频器的输出频率Frq3按照预设的针对给定的目标频率Ftrg进行加减速和圆角处理的运行曲线，从所述的转子频率Fr运行到给定的目标频率Ftrg，之后保持Ftrg运行。

步骤h，在从转子频率Fr运行到给定的目标频率Ftrg、之后保持Ftrg运行的过程中，根据V/F曲线计算与Frq3相对应的电压值V2，作为施加给电机的电压V。

步骤i，根据电压V与变频器的输出频率Frq3，得到电机的三相驱动信号Va、Vb、Vc，并输出给电机。

如图2所示，根据本发明一实施例的用于实现上述方法的变频器，包括上限输出电流设定单元1、上限调节频率设定单元2、电流调节单元3、频率搜索单元4、曲线处理单元5、电压处理单元6和PWM处理单元7。

其中，上限输出电流设定单元1用于设定变频器的上限输出电流Iset。上限调节频率设定单元2用于根据电机自由旋转可能达到的最大速度设定变频器的上限调节频率Fset。电流调节单元3用于对变频器的实际输出电流Idtc进行调节，使其不得大于所述的上限输出电流Iset，并计算出与该实际输出电流Idtc相对应的频率Frq1。频率搜索单元4用于使频率搜索单元4的输出频率Frq2根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小，直到搜索到电机的转子频率Fr。飞车启动期间，频率搜索单元4在Fset基础上根据预设的具有斜坡波形的频率变化曲线来控制减小运行频率。曲线处理单元5用于在频率搜索单元搜索到电机的转子频率Fr前，使变频器输出频率Frq3等于所述的频率搜索单元的输出频率Frq2，在频率搜索单元搜索到电机的转子频率Fr后，使变频器的输出频率Frq3按照预设的针对给定的目标频率Ftrg进行加减速和圆角处理的运行曲线，从所述的转子频率Fr运行到给定的目标频率Ftrg，并将变频器的输出频率Frq3发送给电压处理单元6和PWM处理单元7。飞车启动期间频率搜索单元4运行的实时频率为Frq2，并且，Frq3与Frq2保持一致；飞车启动结束后Frq3根据设定的加减速和圆角处理的运行曲线变化最终达到给定的目标频率Ftrg。电压处理单元6用于根据V/F曲线计算得到与Frq1相对应的电压值V1以及与Frq3相对应的电压值V2;在飞车启动阶段，比较V1和V2，选择V1和V2中的较小者作为施加给电机的电压V；在正常运行阶段，选择V2作为施加给电机的电压V。飞车启动阶段对应的是变频器的输出频率Frq3根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小、直到搜索到电机的转子频率Fr的这个阶段；正常运行阶段对应的是从转子频率Fr运行到给定的目标频率Ftrg、之后保持Ftrg运行的阶段。PWM处理单元7用于根据接收到的电压V与变频器的输出频率Frq3，得到电机的三相驱动信号Va、Vb、Vc，并输出给电机。

以下用一个具体的实施例对上述的方法进行举例说明。在变频器驱动风机时，由于风力作用,启动前电机处于自由旋转状态，这时其对应的实际运行频率为Fr（该值是确实存在的，但是不知道具体值，为方便描述，假设为10Hz）。飞车启动时的变频器的上限输出电流Iset例如设为电机额定电流值的80%，上限调节频率 Fset根据电机自由旋转的最大速度设定, 例如其最大速度为40Hz，则Fset设为40Hz。目标频率Ftrg设定为30Hz。

整个启动过程可分为飞车启动阶段和正常运行阶段。在飞车启动阶段，从上限调节频率Fset开始搜索，即频率搜索单元4根据预设的频率变化曲线从上限调节频率40Hz开始运行并自动减小，追踪实际运行频率Fr。在正常运行阶段，曲线处理单元5按照预设的对给定的目标频率进行加减速和圆角处理后的运行曲线，从追踪到的实际运行频率平稳运行到30Hz，而非突变。

电流调节单元3根据当前搜索过程的电流自动调节，并得到与搜索过程相对应的频率Frq1，并将该频率Frq1和曲线处理单元5输出的频率Frq3一起送到电压处理单元6，电压处理单元6在保证电机不会过励磁的前提下，计算获得飞车启动过程中实际施加给电机的电压V，PWM处理单元7根据接收到的电压V与频率Frq3，得到三相驱动信号，实现飞车启动过程的电机控制过程。如果飞车启动前，电机旋转的方向和实际给定运行方向不一致时，则频率搜索单元4的输出频率减小到某个阈值(例如电机额定频率的10%)时，保持不变直至搜索成功后，才退出飞车启动过程以正常的方式控制电机。

Claims (6)

1.一种变频器实现飞车启动的方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定变频器的上限输出电流Iset；其中，选择变频器额定电流和电机额定电流中的较小者，并以该较小者的60%~120%作为上限输出电流Iset；

根据电机自由旋转可能达到的最大速度设定变频器的上限调节频率Fset；

对变频器的实际输出电流Idtc进行调节，使其不得大于所述的上限输出电流Iset，并计算出与该实际输出电流Idtc相对应的频率Frq1；

使变频器的输出频率Frq3根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小，直到搜索到电机的转子频率Fr；当电机的旋转方向与目标速度的方向不一致时，使变频器的输出频率Frq3根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小，当Frq3减小到一设定的阈值时，维持变频器的输出频率Frq3不变，并维持变频器输出电机驱动信号，拖动电机使电机实际转向和目标速度方向一致；

在使变频器的输出频率Frq3根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小的过程中，根据V/F曲线计算得到与Frq1相对应的电压值V1以及与Frq3相对应的电压值V2;比较V1和V2，选择V1和V2中的较小者作为施加给电机的电压V；

根据电压V与变频器的输出频率Frq3，得到电机的三相驱动信号Va、Vb、Vc，并输出给电机；

在搜索到电机的转子频率Fr后，使变频器的输出频率Frq3按照预设的针对给定的目标频率Ftrg进行加减速和圆角处理的运行曲线，从所述的转子频率Fr运行到给定的目标频率Ftrg，之后保持Ftrg运行；

在从转子频率Fr运行到给定的目标频率Ftrg、之后保持Ftrg运行的过程中，根据V/F曲线计算与Frq3相对应的电压值V2，作为施加给电机的电压V；

根据电压V与变频器的输出频率Frq3，得到电机的三相驱动信号Va、Vb、Vc，并输出给电机。

2.如权利要求1所述的变频器实现飞车启动的方法，其特征在于，

所述的对变频器的实际输出电流Idtc进行调节，是指对Iset和Idtc进行比较，然后将Iset与Idtc的差值进行PID调节。

3.如权利要求1所述的变频器实现飞车启动的方法，其特征在于，所述的预设的频率变化曲线为具有斜坡波形的频率变化曲线。

4.一种用于实现如权利要求1所述的方法的变频器，其特征在于，包括上限输出电流设定单元、上限调节频率设定单元、电流调节单元、频率搜索单元、曲线处理单元、电压处理单元和PWM处理单元，其中：

上限输出电流设定单元，用于设定变频器的上限输出电流Iset；

上限调节频率设定单元，用于根据电机自由旋转可能达到的最大速度设定变频器的上限调节频率Fset；

电流调节单元，用于对变频器的实际输出电流Idtc进行调节，使其不得大于所述的上限输出电流Iset，并计算出与该实际输出电流Idtc相对应的频率Frq1；

频率搜索单元，用于使频率搜索单元的输出频率Frq2根据预设的频率变化曲线从上限调节频率Fset开始减小，直到搜索到电机的转子频率Fr；

曲线处理单元，用于在频率搜索单元搜索到电机的转子频率Fr前，使变频器输出频率Frq3等于所述的频率搜索单元的输出频率Frq2，在频率搜索单元搜索到电机的转子频率Fr后，使变频器的输出频率Frq3按照预设的针对给定的目标频率Ftrg进行加减速和圆角处理的运行曲线，从所述的转子频率Fr运行到给定的目标频率Ftrg，并将变频器的输出频率Frq3发送至所述的电压处理单元和所述的PWM处理单元；

电压处理单元，用于根据V/F曲线计算得到与Frq1相对应的电压值V1以及与Frq3相对应的电压值V2;在飞车启动阶段，比较V1和V2，选择V1和V2中的较小者作为施加给电机的电压V；在正常运行阶段，选择V2作为施加给电机的电压V；

PWM处理单元，用于根据接收到的电压V与变频器的输出频率Frq3，得到电机的三相驱动信号Va、Vb、Vc，并输出给电机。

5.如权利要求4所述的变频器，其特征在于，所述的对变频器的实际输出电流Idtc进行调节，是指对Iset和Idtc进行比较，然后将Iset与Idtc的差值进行PID调节。

6.如权利要求4所述的变频器，其特征在于，所述的预设的频率变化曲线为具有斜坡波形的频率变化曲线。